Paramagnetismo
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    Paramagnetismo Paramagnetismo Document Transcript

    • Paramagnetismo<br />Los materiales paramagnéticos se caracterizan por átomos con un momento magnético neto, que<br />tienden a alinearse paralelo a un campo aplicado. Las características esenciales del paramagnetismo<br />son:<br />• Los materiales paramagnéticos se magnetizan débilmente en el mismo<br />sentido que el campo magnético aplicado. Resulta así que aparece<br />una fuerza de atracción sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.<br />• La susceptibilidad magnética es positiva y pequeña y la permeabilidad<br />relativa es entonces ligeramente mayor que 1.<br />• La intensidad de la respuesta es muy pequeña, y los efectos son prácticamente imposibles de<br />detectar excepto a temperaturas extremadamente bajas o campos aplicados muy intensos.<br />Debido a la debilidad de la respuesta, a menudo los materiales paramagnéticos se asimilan al aire<br />(μ = μ0) en el diseño magnético. Ejemplos de materiales paramagnéticos son el aluminio y el<br />sodio.<br />Distintas variantes del paramagnetismo se dan en función de la estructura cristalina del material,<br />que induce interacciones magnéticas entre átomos vecinos.<br />Ferromagnetismo: En los materiales ferromagnéticos los momentos magnéticos individuales de<br />grandes grupos de átomos o moléculas se mantienen lineados entre sí<br />debido a un fuerte acoplamiento, aún en ausencia de campo exterior.<br />Estos grupos se denominan dominios, y actúan como un pequeño imán<br />permanente. Los dominios tienen tamaños entre 10-12 y 10-8 m3 y contienen<br />entre 1021 y 1027 átomos. Los dominios se forman para minimizar<br />la energía magnética entre ellos. En ausencia de campo aplicado, los<br />dominios tienen sus momentos magnéticos netos distribuidos al azar.<br />Cuando se aplica un campo exterior, los dominios tienden a alinearse<br />con el campo. Este alineamiento puede permanecer en algunos casos de muy fuerte acoplamiento<br />cuando se retira el campo, creando un imán permanente. Las características esenciales del ferromagnetismo<br />son:<br />• Los materiales ferromagnéticos se magnetizan fuertemente en el mismo sentido que el campo<br />magnético aplicado. Resulta así que aparece una fuerza de atracción<br />sobre el cuerpo respecto del campo aplicado.<br />• La susceptibilidad magnética es positiva y grande y la permeabilidad<br />relativa es entonces mucho mayor que 1.<br />En la figura se observa un esquema de la estructura1 del hierro (BCC -<br />cúbica de cuerpo centrado). Los momentos magnéticos están alineados<br />ya que existen fuertes interacciones entre ellos.<br />La agitación térmica tiende a desalinear los dominios. A temperatura normal, la energía térmica no es en general suficiente para desmagnetizar un material magnetizado<br />Sin embargo, por encima de una cierta temperatura, llamada temperatura de Curie, el material<br />se vuelve paramagnético, debido a que los efectos térmicos de desorden son mayores que<br />los efectos de alineamiento de la interacción magnética<br />entre dominios. Una forma de desmagnetizar un<br />material ferromagnético es entonces calentarlo por<br />encima de esta temperatura.<br />En la tabla2 se presentan las temperaturas de Curie de<br />algunos materiales ferromagnéticos elementales y<br />aleaciones. Se ve que estas temperaturas son en casos<br />muy altas y cercanas a la temperaturas de fusión del<br />elemento, por lo que en la práctica la desmagnetización<br />por temperatura es en general un proceso parcial.<br />Ejemplos de materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto, el níquel y la mayoría de los<br />aceros.<br />Antiferromagnetismo: Los materiales antiferromagnéticos tienen un estado natural en el cual<br />los espines atómicos de átomos adyacentes son opuestos, de manera que<br />el momento magnético neto es nulo. Este estado natural hace difícil que<br />el material se magnetice, aunque de todas formas adopta una permeabilidad<br />relativa ligeramente mayor que 1.<br />El fluoruro de manganeso (MnF), cuya estructura se esquematiza en la<br />figura de la derecha, es un ejemplo simple. Los momentos de los átomos de Mn en las esquinas<br />del cubo apuntan en una dirección, y los que se hallan en el centro del cubo apuntan en la dirección<br />opuesta. Dado que hay igual número de cada<br />uno, cuando muchas de estas celdas unitarias de<br />agrupan juntas, los momentos<br />magnéticos se<br />cancelan exactamente.<br />Por encima de una temperatura<br />crítica, llamada<br />temperatura de Neel,<br />un material antiferromagnético<br />se vuelve<br />paramagnético.<br />La tabla3 muestra la temperatura de Neel de varios compuestos.<br />Otro ejemplo de material antiferromagnético es el cromio.<br />Ferrimagnetismo: Los materiales ferrimagnéticos son similares a los antiferromagnéticos, salvo<br />que las especies de átomos alternados son diferentes (por ejemplo, por la<br />existencia de dos subredes cristalinas entrelazadas) y tienen momentos<br />magnéticos diferentes. Existe entonces una magnetización neta, que<br />puede ser en casos muy intensa. La magnetita se conoce como imán<br />desde la antigüedad. Es uno de los óxidos comunes del hierro (Fe3O4) y también es cúbico. La<br />figura ilustra la estructura. La fórmula podría ser escrita en forma muy simplista como<br />FeO.Fe2O3 con Fe++ como FeO y Fe+++ como Fe2O3. El Fe+++ ocupa los huecos tetraédricos,<br />y la mitad de los huecos octaédricos, y el Fe++ ocupa la otra mitad. Los momentos <br /> magnéticos en los sitios octaédricos son antiferromagnéticos y se cancelan (no se<br />muestran), mientras que en los sitios tetraédricos están ferromagnéticamente<br />alineados. Otros ejemplos de materiales ferrimagnéticos son<br />las ferritas.<br />En la siguiente tabla se presentan valores de la susceptibilidad magnética<br />para diversos materiales y sustancias paramagnéticos y diamagnéticos<br />de interés:<br />